H264系列五 图像与滤波

参考阮一峰 图像与滤波

一、为什么图像是波?

我们知道,图像由像素组成。下图是一张 400 x 400 的图片,一共包含了 16 万个像素点。每个像素的颜色,可以用红、绿、蓝、透明度四个值描述,大小范围都是0 ~ 255,比如黑色是[0, 0, 0, 255],白色是[255, 255, 255, 255]。通过 Canvas API 就可以拿到这些值。如果把每一行所有像素(上例是400个)的红、绿、蓝的值,依次画成三条曲线,就得到了下面的图形。

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可以看到,每条曲线都在不停的上下波动。有些区域的波动比较小,有些区域突然出现了大幅波动(比如 54 和 324 这两点)。对比一下图像就能发现,曲线波动较大的地方,也是图像出现突变的地方。这说明波动与图像是紧密关联的。图像本质上就是各种色彩波的叠加。
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二、频率

综上所述,图像就是色彩的波动:波动大,就是色彩急剧变化;波动小,就是色彩平滑过渡。因此,波的各种指标可以用来描述图像。

频率(frequency)是波动快慢的指标,单位时间内波动次数越多,频率越高,反之越低。


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上图是函数sin(Θ)的图形,在2π的周期内完成了一次波动,频率就是1。


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上图是函数sin(2Θ)的图形,在2π的周期内完成了两次波动,频率就是2。

所以,色彩剧烈变化的地方,就是图像的高频区域;色彩稳定平滑的地方,就是低频区域。

三、滤波器

物理学对波的研究已经非常深入,提出了很多处理波的方法,其中就有滤波器(filter):过滤掉某些波,保留另一些波。

下面是两种常见的滤波器 。

  • 低通滤波器(lowpass):减弱或阻隔高频信号,保留低频信号
  • 高通滤波器(highpass):减弱或阻隔低频信号,保留高频信号

浏览器实际上包含了滤波器的实现,因为 Web Audio API 里面定义了声波的滤波。这意味着可以通过浏览器,将lowpasshighpass运用于图像。

lowpass使得图像的高频区域变成低频,即色彩变化剧烈的区域变得平滑,也就是出现模糊效果。

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highpass正好相反,过滤了低频,只保留那些变化最快速最剧烈的区域,也就是图像里面的物体边缘,所以常用于边缘识别。
image.png

四、扩展阅读

1.图片压缩算法

airomyas 说:
其实这就是AAC编码,JPEG编码这些音频压缩、图片压缩算法的根本原理。这些算法里面都涉及类似离散余弦变换这种处理,就是把待处理数据从时域变换到频域,都是高频的部分代表变化剧烈的部分,低频部分就是代表变化不剧烈的地方。换到频域以后,低频的部分使用很少的空间就能保存,高频的部分再做一点有损的压缩,整体的大小就大大降低了,这个就是编码的过程。通过控制有损压缩的程度,就可以控制编码后的质量。解码的过程就是把频域再还原回时域。

2.小波算法

3.阿里巴巴公司根据截图查到泄露信息的具体员工的技术是什么?

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